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        聚合物骨架鈣鈦礦太陽能電池取得重要研究進(jìn)展

        2016-05-30 05:02:51肖逸
        科學(xué) 2016年2期
        關(guān)鍵詞:甲胺吸濕性鈣鈦礦

        肖逸

        [本刊訊]由北京大學(xué)俞大鵬院士領(lǐng)導(dǎo)的“納米結(jié)構(gòu)與低維物理”研究團(tuán)隊在具有防水和自修復(fù)功能的聚合物骨架鈣鈦礦太陽能電池研究方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于NatureCommunications,2016,7:1-9上。

        由于具有高吸收系數(shù)、平衡的電子空穴遷移率、可調(diào)控的帶隙、極高的量子發(fā)光效率和較大的缺陷容忍度等一系列特點,使得平面異質(zhì)結(jié)有機(jī)-無極雜化鈣鈦礦型(CH3NH3PbI3)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率超過20%。但其在潮濕環(huán)境下易發(fā)生水解使電池失效,電池的長期穩(wěn)定性成為困擾其商業(yè)化的瓶頸。

        該團(tuán)隊研究人員設(shè)計了一種鈣鈦礦電池的新結(jié)構(gòu),即在鈣鈦礦電池材料吸光層中引入長鏈吸濕性聚乙二醇(PEG)分子作為聚合物骨架,使鈣鈦礦材料成膜質(zhì)量得到顯著改善,電池光電轉(zhuǎn)化效率和重復(fù)性得到顯著提高,最高效率可達(dá)16%,并且該種電池材料在100℃下一步法即可完成,制備方法簡單易行,易于推廣。

        PEG分子具有超強(qiáng)吸濕性,能顯著提高聚合物骨架鈣鈦礦電池在濕度環(huán)境下的穩(wěn)定性,使得沒有任何封裝的電池器件在異常的潮濕環(huán)境中(70%相對濕度)就能夠展現(xiàn)出超過300小時的穩(wěn)定性。不僅如此,該聚合物骨架鈣鈦礦電池還展現(xiàn)出神奇的“自修復(fù)”功能,表現(xiàn)在鈣鈦礦材料被水解破壞后,1分鐘內(nèi)即可迅速自修復(fù)回到原來的電池狀態(tài)和電池效率。研究表明,由于PEG與鈣鈦礦材料中的甲胺離子具有很強(qiáng)的相互作用,使水解后的碘化鉛與甲胺碘可原位再次生成鈣鈦礦材料,展現(xiàn)出電池材料和效率均可“自修復(fù)”的功能。

        這種新型聚合物骨架結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池為商業(yè)化應(yīng)用發(fā)展提供了一條新思路。

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